高性能一维GaAs光电探测器制备研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyongqiang615
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Ⅲ-Ⅴ族材料比Si具有更高的载流子迁移率和吸收系数,因此III-V族化合物半导体被广泛认为是新一代光电子器件取代Si更有前途的候选材料。GaAs作为一种重要的III-V族化合物半导体材料,具有较高的光电转换效率和适中的直接带隙。GaAs纳米线具有III-V族半导体材料优异性质,同时还兼具一维材料独特的性质,由于具有极小的尺寸、显著的量子效应等新奇的物理性质吸引了大量科研人员的关注。目前,GaAs纳米线已经被广泛的应用在光电探测器、纳米激光器、太阳能电池等诸多光电子器件领域。其中光电探测器作为许多光电设备的重要组件,已经成为科技发展的主要推动力,在国防、民生、工业等领域都有着不可替代的作用。随着科学技术的高速发展,对光电探测器的性能提出了更高的要求。为了进一步提升光电探测器的性能,材料电导率的提升是主要的研究方向。本论文采用分子束外延技术生长GaAs纳米线和不同浓度的Si掺杂GaAs纳米线,通过Si掺杂来提高GaAs纳米线的电导率;采用微纳加工工艺制备非掺杂和不同浓度的Si掺杂GaAs纳米线光电探测器,分析掺杂对GaAs纳米线光电探测器性能的影响。主要工作如下:(1)采用MBE生长技术,利用VLS生长机制在Si(111)衬底上生长非掺杂和不同浓度的Si掺杂GaAs纳米线。对掺杂前后的GaAs纳米线进行了SEM、XRD、Raman光谱、PL光谱测试。通过研究掺杂前后GaAs纳米线的结构和发光机制等特性,证明了GaAs纳米线中不同浓度Si的有效掺杂。通过PL光谱的半峰宽计算得到了掺杂前后GaAs纳米线的载流子浓度、电导率,证实了随着掺杂浓度增加,GaAs纳米线电导率提升。(2)采用微纳加工工艺制备非掺杂和不同浓度的Si掺杂GaAs纳米线光电探测器,对器件进行了电学特性以及光电特性的测试。电学特性结果表明掺杂前后的GaAs纳米线导电类型均为P型,同时输出特性曲线的非线性表明纳米线两端与金属电极接触界面存在肖特基势垒;光电特性结果显示在532 nm光照下,偏压为-2 V及光照功率密度为1.66 m W/cm2时,非掺杂GaAs纳米线光电探测器的光电流、响应度分别为2.03×10-11 A、5.24 A/W。掺杂后GaAs纳米线光电探测器的光电流、响应度最高可达5.32×10-10 A、129.9 A/W。结果表明,掺杂后器件的性能明显提升,因此Si掺杂GaAs纳米线光电探测器在微型化、高性能的探测领域将具有十分广泛的应用前景。
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